2020年高考物理电学实验浏览

1、2021高考冲刺(物理学科)材料(四)局部电学实验浏览一、误差与有效数字1.绝对误差与相对误差设某物理量的真实值为A.,测量值为A,那么绝对误差为AA=|A-Ao|,相对误差为?=7ZArvAr2.偶然误差与系统误差误差产生原因大小特点减小方法系统误差实验仪器不精密实验原理不完善实验方法粗糙总是偏大或偏小更新仪器完善实验原理_3然误差测量、读数不准刈忽大忽小回图象或取平均值二、根本仪器的使用与读数1.游标卡尺的读数：游标尺(mm)精度(mm)测量结果(游标尺上第n个刻线与主尺上的某刻度线对正时)(mm)刻度格数刻度总长度每小格与1毫米差1090.10.1主尺上读的毫米数+0.1n20190.0

2、50.05主尺上读的毫米数+0.05n50490.020.02主尺上读的毫米数+0.02n2.螺旋测微器的读数：测量值=固定刻度整毫米数+半毫米数+可动刻度读数(含估读)X0.01mm.3.打点计时器：计时器种类工作电源电压打点间隔电磁打点计时器交流50Hz,46V0.02s电火花打点计时器交流50Hz,220V0.02s4.电流表、电压表、欧姆表的比照仪器极性量程选择读数电流表后止、负极的电表,电流由电表的正极流入,负极流出使指针指示比满偏刻度多的位置33V和3A量程估读到最小分度的J;15V量程估读到最小分度的;105一八,10.6A量程应估读到最小分度的-2电压表欧姆表使指针尽量指在表盘

3、的中间位置左右取两位有效数字并乘以相应挡位的倍率多用电表表头的示意图如下图,在正确操作的情况下,答复以下问题:(1)为假设选择开关的位置O如灰箭头所示,那么测量的物理量是,测量结果(2)为假设选择开关的位置O如白箭头所示,那么测量的物理量是,测量结果(3)假设选择开关的位置如黑箭头所示,那么测量的物理量是,测量结果为.(4)假设选择开关的位置如黑箭头所示,正确操作后发现指针的偏转角很小,那么接下来的正确操作步骤应该依次为：；(5)全部测量结束后,应将选择开关拨到或者.(6)无论用多用电表进行何种测量(限于直流),电流都应该从色表笔经插孔流入电表.【答案】(1)直流电压1.20V(2)直流电流4

4、7mA(3)电阻1.7k1-1(4)换用X1kC倍率,重新短接调零；将红黑表笔分别接触被测电阻的两根引线,读出指针所指刻度；再乘以倍率得测量值(5)OFF交流电压500V挡位置(6)红、正多用电表的使用“三注意(1)电流的流向：由于使用多用电表时不管测量工程是什么,电流都要从电表的“十插孔(红表笔)流入,从“一插孔(黑表笔)流出,所以使用欧姆挡时,多用电表内部电池的正极接的是黑表笔,负极接的是红表笔.(2)要区分开“机械零点与“欧姆零点“机械零点在表盘刻度左侧“0位置.调整的是表盘下边中间的定位螺丝；“欧姆零点在表盘刻度的右侧电阻刻度“0位置,调整的是欧姆挡的调零旋钮.(3)选倍率：测量前应根

5、据估计阻值选用适当的挡位.由于欧姆挡刻度的非线性,使用欧姆挡测电阻时,表.1.头指针偏转过大或过小都有较大误差.通常只使用表盘中间一段刻度范围,指针偏转角度在1满偏到322 满偏之间为测量的有效范围.3三、电流表的内外接法选择1 .两种接法的比拟比拟工程电流表内接法电流表外接法电路p-0-1误差原因由于电流表内阻的分压作用,电压表测量值偏大1由于电压表内阻的分流作用,电流表测量值偏大测量结果_U-一一R测=I-ra+Rx>Rx电阻的测量值大于真实值URvR测=.sRx<RxIRv+Rx电阻的测量值小于真实值适用条件Rx?Ra,大电阻Rx?Rv,小电阻2.两种接法的判断(1)比值判断

6、法：假设,Rx为大电阻,内接法误差小应选用内接法；假设RV>富Rx为小电阻,外接法误差小RxRaRxRa应选用外接法.(2)临界值判断法：当被测电阻R的大小无法直接判定时,先求临界电阻R0=VRaRv.假设Rx>R0,那么Rx为大电阻,内接法误差小；假设Rx<Ro,那么Rx为小电阻,外接法误差小；假设Rx=Ro,内外接法均可.(3)试触法：当无法估计电阻的阻值,难以比拟RA及整的大小时,可采用电压表试触法看电流RxRv表、电压表变化大小来确定,假设电流表示数较电压表示数变化明显,说明外接时电压表分流作用大,应采用内接法；假设电压表示数较电流表示数变化明显,说明内接时电流表的分

7、压作用大,应采用外接法.四、滑动变阻器连接的限流接法和分压接法1.两种接法的比照.E内容限流接法分压接法比照说明两种接法电路图弓1?_1*1串、并联关系不同负载Rx上电压调节范围REwUWERx+Ro0<U<E分压电路调节范围大负载Rx上电流调节范围Rx+RoRx0<I诘x分压电路调节范围大闭合S前触头位置b端a端都起保护作用额定条件下电路总功率EIE(I+Ip)分压电路耗能较多2.两种接法的处理技巧(1)滑动变阻器限流式接法选取原那么：一般在滑动变阻器总电阻Ro与Rx相差不大时,既不要求较大范围调节电流和电压,又不要求从零开始读数,那么优先选择限流式接法.(2)滑动变阻器的

8、分压式接法选取原那么：滑动变阻器的全值电阻Ro远小于用电器电阻Rx或电路中串联的其他电阻的阻值,即Rx?Ro.要求用电器Rx的电流或电压从零开始连续变化.采用限流式电路时,电路中的最小电流大于用电器Rx的额定电流,或给定的仪表量程偏小.五、电表改装(1)电压表的改装电流表G的电压量程Ug=igRg,当改装成量程为U的电压表时,应串联一个电阻R,由于串联电阻有分压作用,因此叫做分压电阻,如下图：电压扩大量程的倍数Un二一Ug由串联电路的特点得U二IgRgIgR解得R=U_RIggIgRgU-1RgUgg即电压扩大量程的倍数为n时,需要串联的分压电阻R-n-1Rg电压表的总电阻RV=R0+R.g(

9、2)电流表的改装电流表G的量程为Ig,当改装成量程为I的电流表时,应并联一个电阻R,由于并联电阻R可以起到分流作用,因此叫做分流电阻,电流表G满偏电流为Ig,扩大量程的电流表满偏电流为I,如下图.扩大量程的倍数n=1g由并联电路的特点得IgRg=I.|gR所以R|gRgRg即电流扩大量程的倍数为n时,需并联的分流电压为R=JR_-Ig-n-1n-1g电流表的总电阻rRRg.Ra二RRg六、电阻的测量常用方法方法原理电路测量条件可测物理量备注伏安法外接电表内阻未知且RX<<RV或RFAR测Rx=U/IR测<R真电压表内阻且两表读数误差较小测Rx=U/(I-U/Rv)R且两表读数

10、误差较小Rv=U/(I-U/Rx)伏安法内接一7电表内阻未知且Rx>>Ra或测Rx=U/IR测>R真电流表内阻且两表读数误差较小测Rx=(U/I)-RaRx且两表读数误差较小测Ra=(U/I)-Rx伏安法两表内阻未知且测电压的量程接近测Ra=U/I电流表测电压量程小时串分压电阻伏安法两表内阻未知且测电流的量程接近测Rv=U/I电压表测电流量程小时并分流电阻依法O-®-0两表测电压的量程接近且Ai内阻测Ra2=IiRa1/I2伏伏法两表测电流的量程接近且Vi内阻测Rv=U2/(Ui/Rvi)法0-1-©R且两电流表读数误差较小测Rai=(I2-Ii)R/Ii

11、表A2量程大于表Ai里程Ai内阻Rai且两电流表读数误差较小测R=IiRAi/(I2-Ii)伏伏法Q°R且两电压表读数误差较小Vi内阻Rvi且两电压表读数误差较小测Rvi=UiR/(U2-Ui)测R=(U2-Ui)Rvi/Ui表V2量程大丁表V1里程其他常见方法teaG/1-疗&SH-©Di替代法半偏法电桥法消除法,七、测量电动势和内阻实验根本原理：闭合电路的欧姆定律.UE=U+卜；E=I(R+r)；E=(R+r)R1、伏安法U-I法1用图象定性分析误差图二图一所示电路测得的电动势的值是准确的,测得的内电阻是偏大的.用图二所示电路测得的电动势和内电阻都是偏小的.2用

12、等效电压源法来分析误差对于图一的电路zT=zr=rRa对于图二的电路说明：此种方法测得的电动势和内阻均无系统误差.4、伏欧法的变式一一双伏法U-U法其设计电路如下图.闭合记下V1和V2的示数5和U2；再闭合S2,记下V1的示数5'.,Rvz=zRv+r口V显而易见：.Rvrr二Rvr3图像处理数据：U-I图像r：r注意坐标起点2、欧安法I-R法1如下图,改变电阻箱根据全电路欧姆定律有：U1L.'U1E=5U21r,E=51rRv1Rv1解方程组得E=U1U25-5拓展：如果电压表V1的内阻RV1,那么还可测得电源内阻:5+U2-U：U1-U1Rv1R的阻值,多测几组路端电压及对

13、应的外电阻阻值.-E=IiRr根据全电路欧姆定律有：,E川2R2r解方程组得:EJI2R-R212-IlLR-I2R2rI2-I12误差分析：利用以上的三种误差分析方法可得：Esj=E真,测=真+Ra.11一,3图像处理数据：R=E1-rR-1图像II3.伏欧法U-R法1如下图,改变电阻箱R的阻值,多测几组路端电压及对应的外电阻阻值.根据全电路欧姆定律：入U1U2有E=Ui1r,E=U22r,RiR2八、器材选择1 .器材选取三原那么1平安性原那么：要注意测量仪器的量程,电器元件的电流不能超过其允许通过的最大电流等.2精确性原那么：根据实验的需要,选用精度适宜的测量工具,但对某个实验来讲,精确

14、程度合适即可,并不是精度越高越好.3方便性原那么：实验时需考虑调节方便,便于操作,如滑动变阻器的选择,既要考虑它的额定电流,又要考虑它的阻值范围,在二者都能满足实验要求的情况下,还要考虑阻值大小对实验操作是否调节方便的问题.2 .器材选取三要求1根据不使电表受损和尽量减少误差的原那么选择电表.首先保证流过电流表的电流和加在电压表上的电压均不超过使用量程,然后合理选择量程.务必使指针有较大偏转一般取满偏的1/32/3左右,以减少测量和读数的误差.2根据电路中可能出现的电流或电压范围选择滑动变阻器,注意流过滑动变阻器的电流不能超过它的额定值.对高阻值的变阻器,如果滑动头稍有移动,使电流、电压有很大

15、变化的,不宜采用.3应根据实验的根本要求来选择仪器.对于这种情况,只有熟悉实验原理,才能做出恰当的选择.九、高考题样例【案例1某同学通过实验测定一个阻值约为5的电阻Rx的阻值.1现有电源4V,内阻可不计、滑动变阻器0-50Q,额定电流2A,开关和导线假设干,以及2误差分析：利用等效电源法,等效电动势E'=-RE直,等效内阻rhRvr真Rvr真Rvr真故E测£真、r测真.3图像处理数据：4如果电压表内阻1r1111方=+-图像Rv,还可利用电压表和电阻箱串联进行测量.以下电表：A.电流表03A,内阻约0.025QB.电流表00.6A,内阻约0.125QC.电压表03V,内阻约3

16、kQD.电压表015V,内阻约15k为减小测量误差,在实验中,电流表应选用实验电路应采用图1中的选填甲"或乙.i-XV根据全电路欧姆定律有E=U1+匕电+r,E=U2+英2+rRvRv1-LRx甲选填器材前的字母(2)图2是测量Rx的实验器材实物图,图中已连接了局部导线.请请根据在问中所选的电路图,【案例2利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内电阻.要求尽量减小实验误差.(1)应该选择的实验电路是图1中的(选项甲"或乙).U.某IBB霜瞬SB西雪施i画ISIK-二一-二：一:=y.!=:!M=:-I-rs-_一里雷二用一垣适"Ens黑am一-IE-B-a-a

17、rBBH-I-rlaB-alaE-aa-n-一-H-3-3-S-_困雷国武曾一,函空一石-H-3-JI-*JaBZ-i-一En一赳金EH阻_EU适一1一一一一-ma,-m宿晅N宿坦空国h-B-CU-B-U-UE-U-7t-H-J->-一一EI-一一E-1-EE一一-3aju-3-一LnEE一："一!4MH补充完成图2中实物间的连线.图2的位置,并记录对应的电流表示数I、电压表示数Q(保存两位有效数字).(3)接通开关,改变滑动变阻器画片PU次电表示数如图3所示,可得该电阻的测量值0.6(4)假设在问中选用甲电路,产生误差的主要原因是;假设在问中选用乙电路,产生误差的主要原因是.

18、(选填选项前的字母)A.电流表测量值小于流经Rx的电流值B.电流表测量值大于流经Rx的电流值C.电压表测量值小于Rx两端的电压值D.电压表测量值大于Rx两端的电压值(5)在不损坏电表的前提下,将滑动变阻器滑片P从一端滑向另一端,随滑片P移动距离x的增加,被测电阻Rx两端的电压U也随之增加,以下反映U-x关系的示意图中正确的选项是.(2)现有电流表(0%0.6A)、开关和导线假设干,以及以下器材:a,电压表(0、15V)b,电压表(OMJV)c,滑动变阻器(0、50.)d,滑动变阻器(0500(1)实验中电压表应选用；滑动变阻器应选用；(选填相应器材前的字母)(3)某位同学记录的6组数据如下表所示,其中5组